镍基合金在碳钢与不锈钢焊接中的应用
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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在电力、石油化工等行业中，异种钢的焊接应用越来越广泛，异种钢焊接接头的服役条件也日益苛刻，如何保证异种钢焊接接头的质量显得尤为重要。在实际生产应用中，以珠光体型低碳钢和奥氏体无锡不锈钢的异种钢焊接最为常见。珠光体型低碳钢和奥氏体不锈钢的金属组织和化学成分各不相同，焊接性也比较复杂，焊接时易出现问题。有用户规定碳钢和不锈钢焊接的焊接材料必须采用镍基合金，不允许使用之前通常采用的309型（Cr25-Ni13）焊接材料。
为此，科研人员进行了镍基合金用于碳钢SA106 Gr.B和无锡不锈钢SA312 TP304L焊接的工艺试验，以确定合适的焊接工艺参数，用于指导实际生产。
采用规格Φ168.3mm×7.11mm，长150mm的无缝钢管对焊，每根管子一侧开单边30°坡口。采用钨极氩气保护焊（GTAW），焊接材料选用镍基合金Inco82（AWS牌号为ERNiCr-3）。
焊接前要打磨清理坡口面及两侧20mm范围内的油污、铁锈及氧化皮等，直至露出金属光泽，要保证装配质量。由于焊丝合金含量高，为防止焊缝根部氧化，打底焊接时管子内部要充氩气保护。焊接打底时，第一层和第二层都要进行充氩保护。采用多层多道焊，要注意层间清理，防止出现焊接缺陷。
对焊接后的试件进行射线检测，合格后取样进行力学性能试验和金相组织分析。力学性能试验测得试件拉伸强度为565MPa、532MPa，在碳钢热影响区断裂，侧弯（4个试样、α=180°）试验合格。V型缺口-20℃冲击功Akv分别为焊缝62、60、60J，热影响区46、67、55J（碳钢）和118、96、104J（无锡不锈钢）。可以看出，使用镍基合金ERNiCr-3焊接的焊接接头的力学性能均满足NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》要求，焊缝的强度、韧性均符合要求。观察发现异种钢焊接接头试样焊缝金相组织为奥氏体化的合金化合物，组织致密均匀。
过去通常采用309型焊接材料焊接碳钢和无锡不锈钢异种钢接头，这种接头在长时间高温作用下，会造成碳的迁移，严重影响接头的力学性能。试验结果表明，采用镍基合金焊接材料，减少了高温下碳的迁移，可防止增碳层、脱碳层及脆化过渡层的形成，保证长时间高温工作条件下接头的性能。采用镍基合金进行异种钢接头焊接，得到的焊接接头外观成型良好。对焊接接头进行100%射线检测，没有发现气孔、未焊透及未熔合等焊接缺陷，焊接接头力学性能满足使用要求。